Utilisation est calculs des résistances

Nos réalisations ou modifications en éclairage de locos, voitures ou bâtiments fixes, font de plus en plus appel aux Leds (Light Emitting Diode). Si les ampoules offrent certains avantages, elles ont aussi beaucoup d'inconvénients que j'énumère dans le comparatif ci-dessous :

Depuis leur invention en 1879 par Thomas Edison, les ampoules à incandescence n'ont pas fondamentalement changé. Le principe consiste à faire passer un courant électrique dans un matériau (végétal à l'origine), puis rapidement remplacé par un filament de tungstène enfermé dans une ampoule en verre contenant un gaz inerte qui empêche sa combustion.

Cette combustion ne manquerait pas de se produire si le filament était à l'air libre et il brûlerait alors et serait détruit en quelques secondes seulement.

Pour les Leds, le principe est totalement différent. Il n'y a plus de filament et donc plus de combustion, mais on a recours à une puce à semi conducteur dopé (comme dans les transistors par exemple) de nature différente selon la couleur souhaitée. Soumis à un courant électrique calibré, le semi-conducteur émet alors de la lumière presque monochromatique de façon continue sous réserve que les caractéristiques de son alimentation électrique soient respectées. Pour ce qui nous concerne, on peut considérer que la principale règle à respecter est l'intensité ou courant (et la tension par conséquent) qui alimente la Led, soit environ 20 mA maxi sous peine de destruction quasi instantanée.

A noter que certaines Leds industrielles peuvent "encaisser" beaucoup plus mais avec des contraintes de refroidissement impossibles à mettre en oeuvre en modélisme.

Il est donc obligatoire d'alimenter une Led au travers d'un élément électrique (montage en série) qui limitera le courant à une valeur acceptable. C'est le rôle de la résistance par exemple, sachant que d'autres systèmes à régulation électronique peuvent aussi arriver à ce résultat.

Quelque soit le modèle, les Leds, selon leurs couleurs, sont caractérisées par des limites électriques à ne pas dépasser. 

Valeurs données à titre d'exemple pour les tensions seuil de Leds luminosité normale.

Les schémas ci-dessus correspondent aux types d'implantation les plus utilisés.

Dans l'exemple basique de la figure A on voit qu'une résistance marquée RX est installée en série avec la Led en vue d'alimenter le circuit sous 12Volts. La valeur de la résistance RX dépendra de la Led qui est variable selon sa couleur. Dans cet exemple, le courant circulant du +12V vers le 0V va d'abord "traverser" la Led, puis la résistance (à noter que dans un montage série, l'ordre des composants n' aucune importance).

Ensuite, c'est la Loi d'Ohms qui s'applique de la façon suivante avec par exemple une Led blanche prévue pour fonctionner sous 3 Volts (maxi par sécurité). Il faut donc "chuter" 12-3 = 9Volts pour alimenter la Led avec un courant de 20mA.

En application de la loi d'Ohm, R = U / I, le calcul est le suivant :

             Rx = (U=12 - ULed= 9) / 0.02, soit 450 Ohms.

Avec ces valeurs, la Led reçoit son courant maximum. Pour des raisons de sécurité, on se contente parfois d'un courant de 10mA, ce qui est souvent très largement suffisant.

Le calcul donne alors : 9 / 0.01 = 900 Ohms.

En pratique, une valeur de 1000 Ohms est à la fois sécurisante pour la Led et suffisante pour éclairer correctement.

Il faut noter aussi que deux ou plusieurs Leds peuvent parfaitement être montées en série et alimentées au travers d'une seule et unique résistance. Dans ce cas, leurs tensions de service s'ajoutent, par exemple pour 3 Leds blanches : 3 + 3 + 3 Volts.

Le calcul donnera alors :

               12 - (3 + 3 + 3) / 0.01, soit 300 Ohms.

Dans l'exemple B on a cette fois 3 Leds montées en parallèle, ce qui permet de n'utiliser qu'une seule résistance (*) pour les trois.

Cette configuration presqu'identique induit cependant un courant multiplié par trois, soit 30mA et non plus 10.

On aura donc : (12 - 9) / 0.03, soit 300 Ohms.

Dans l'exemple C on a cette fois deux résistances montées en parallèle dont il faudra calculer la valeur résultante selon la formule 1 / ((1 / R1X) - (1 / R2X)). La deuxième partie de la feuille de calcul permet d'ajuster selon les valeurs commerciales disponibles.

* Dans tous les cas, il faut également tenir compte de la valeur de la puissance dissipée par la (ou les) résistance (s). En effet, Les résistances sont prévues pour pouvoir dissiper en chaleur le courant qui les traverse. Les valeurs les plus courantes sont 1/8 de Watt, 1/4 de Watt, 1/2 Watt ou même 1 Watt et parfois beaucoup plus.

L'interface du petit programme à télécharger ci-dessous, permet de calculer les valeurs des résistances nécessaires.